核辐射自动监控的实时可靠性研究

徐 琪

（绍兴文理学院 元培学院，绍兴 312000）

核辐射自动监控的实时可靠性研究

徐 琪

（绍兴文理学院 元培学院，绍兴 312000）

核能是一种新型能源，核能的利用给人类带来了巨大的经济和社会效益，但是核能的安全问题引起了人们的关注。核辐射对环境和生物生存有巨大的危害。本文从自动监控的角度，首先论证了可靠性问题的分析，其次对自动监控设备的分析介绍，大致了解自动监控的实现步骤。总的来说，核电作为清洁能源，在确保安全的前提下，不断的促进发展，是每个国家的战略需求。

核辐射；自动监控；可靠性；实时性

1 概述

1.1 核辐射信息概况

近期，日本地震灾区核电站多个机组出现险情引起全球各地民众对于核辐射问题的关注。中国上海、青岛、深圳、江苏、香港、黑龙江等地加强了核辐射环境监控。与此同时德国总理默克尔在柏林宣布，德国将暂时关闭1980年以前投入运营的7座核电站，同时对所有核电站进行安全检查。欧盟委员会负责能源事务的委员奥廷格同一天表示，为吸取日本核电站事故的教训，欧盟成员国同意对核电站进行全面的“压力测试”，检查核电站是否能应对地震、海啸、恐怖袭击、电力供应中断等突发威胁。

所谓核辐射就是原子核从一种结构或者状体转变为另一种结构或者状态大的过程中所释放能量的过程，核辐射所产生的能量巨大，对生物和环境都产生了持续的影响。特别是近几年来，由于核资料与核技术的扩散，针对核相关的试验不断进行，核泄漏现象也层出不穷。与此同时，自然灾害的影响对核设施的破坏造成的核泄漏，例如，日本福岛核电站地震核泄漏事件，造成重大的损失，因此我们必须建立并且不断完善核辐射自动监控以及预警措施，保证核预警的实时可靠性。

1.2 核辐射对人的危害

核泄漏一般的情况对人员的影响表现在核辐射，也叫做放射性物质，放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射，y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。 核泄漏一般的情况对人员的影响表现在核辐射，也叫做放射性物质，放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射，y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重，致癌、致畸风险越大。

放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射，y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。内外照射形成放射病的症状有：疲劳、头昏、失眠、皮肤发红、溃疡、出血、脱发、白血病、呕吐、腹泻等。有时还会增加癌症、畸变、遗传性病变发生率，影响几代人的健康。一般讲，身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重，致癌、致畸风险越大。

1.3 本文所涉及的内容介绍

本文以“核辐射自动监控系统的实时可靠性”为背景，根据具体的要求，所涉及的内容如下所示：

1）自动监控系统的可靠性分析，着重介绍了可靠性方框图以及数学模型的建立；

2）自动监控系统整体构架的浅析，通过对系统的分析得出系统能够实现自动监控的目的。

3）在1）和2）的基础上对系统进行可靠性论证，通过假设的方法，对系统所的参数与实际控制指标的对比，得出核辐射自动监控系统工作能否可靠、实时、准确进行。

本文在从“自动监控”的角度，参考了相关的资料及技术工程指标完成了“核辐射自动监控系统的实时可靠性研究”的内容。

2 实时可靠性分析

核辐射自动监控的可靠性就是自动监控装置在特定的时间和条件下能及时准确的对响应做出判别，从而实现预防举措。工程上的可靠性是为了使系统达到可靠性要求而进行的与设计、管理、试验和生产一系列工作相关的活动，它与系统整个寿命周期内的全部可靠性活动有关。工程的可靠性是工程现实化的重要组成部分，同时也是保证正常工作持续运行的有力工具。利用可靠性的工程技术手段能够快速、准确地确定产品的薄弱环节，并给出改进措施和改进后对系统可靠性的影响。自动监控系统的可靠性是可以通过设计、生产、管理来实现的。

2.1 可靠性问题的发展概述

在我国，可靠性工程的发展较早，70年代组建了可靠性与环境试验研究所，着重研究可靠性与环境相关的问题。之后，与可靠性相关的问题也就陆续展开进行，深入到国民生产各部门机构。从可靠性发展的总体来看，大致分成四阶段。

2.1.1 可靠性研究的准备阶段

该阶段的主要是提出了一系列的可靠性问题，在理论研究的基础上，对工程技术提出了相关的建议。

2.1.2 可靠性研究的试验阶段

该阶段主要是对特定的机构系统进行可靠性试验测试，通过测试结果对系统进行定性定量的分析与改进。

2.1.3 可靠性研究的物理阶段

该阶段从系统的失效机制出发，研究导致系统失误的触发因素，着重研究与系统物理性能有关的问题。

2.1.4 可靠性研究的保证阶段

该阶段从系统的整体进行可靠性管理，多构成系统的各个环节进行控制监测分析，从而保证系统的可靠性进行。

2.2 核辐射监控系统可靠性模型分析

监控系统的可靠性是一个系统工程，它的可靠性问题需要众多方面的保证与实现。核辐射自动监控系统的可靠性模型可以通过可靠性方框图和可靠性数学模型来表述。常用的模型有串联模型和并联模型。

2.2.1 串联模型分析

所谓串联模型，就是核辐射自动检测系统的任意一个元器件的不正常工作，都会对整个预警监测系统产生重要的影响，按照逻辑关系的表述，只是一种“与”关系，如下图1所示，串联模型方框图。

图1 核辐射自动监控系统可靠性串联模型方框图

数学模型：

假设各系统回路寿命服从指数分布：

式中：Ri(t)、li(t)——各系统回路的可靠度、故障率；

Rs(t)、ls(t)——监控系统的可靠度、故障率。

2.2.2 并联模型分析

与串联模型相比，并联模型则是监控系统运行的时候，只要组成系统的元素不发生故障，监控系统就能良好的运行，按照逻辑关系，这是一种“或”的关系，如下图2所示，并联模型方框图。

图2 核辐射自动监控系统可靠性并联模型方框图

数学模型：

式中：Ri(t)——各系统回路的可靠度；

Rs(t)——监控系统的可靠度。

3 核辐射自动监控系统分析

3.1 系统整体结构分析

系统整体结构是根据系统的应用背景利应用目标来确定的，按照核辐射自动监控系统来分析，为了达到有效预防核辐射进而进行预警的目的。从应用层面进行分析，系统的整体结构组成分为三部分：信号数据的采集、数据的传输通信和数据的处理。

首先是信号数据的采集，自动监控系统中应该装设有数据采集装置。主要是为了完成现场辐射环境数据以及相关信息的锁定，考虑到稳定、准确、可靠工作的前提，该系统多采用嵌入式系统为核心的数据信号采集以及传输平台，具有一定层次的监控网络，完整的数据采集系统由传感器、信号调理、采集硬件、接口、数据分析与处理软件等几部分组成，如图3所示，数据采集系统的组成。

图3 数据采集系统的组成

其次，信号数据的传输需要有可靠坚强的传输机构，所选用的传输装置要有一定的安全性，保证信号数据能完整无误的传递到处理平台系统。

最后，数据信号处理需要完成对采集的信号进行及时的分析、准确地定位、定量定性的分析状况达到自动预警监控的目的。

3.2 监控网络

核辐射自动监测系统监控网络的组成是由多个移动通信网络探测装置和监控单元组成的核辐射无线监铡网络以及监控单元下若干个探测装置组成核辐射监测局域网。监控网络采用一点对多点拓扑结构，就核辐射自动监控系统来说，大致可以分为三部分：第一部分是预警系统，作为整个监控网络的重要组成部分，具有首要的地位，自动监控系统中心装备有预警以及核辐射应急的必备装备以及软硬件设施，监控中心可以实时监控探测装置所测量的数据；第二部分是移动探测装置和固定的监控单元，特别是基于γ辐射探测装置，核辐射监控局域网由多个探测装置和监控单元构成，对监控单元的监控实现局域网与移动通信网络之间信息的传递；第三部分是监控单元下若干个探测装置组成的核辐射局域网探测装置。

3.3 γ辐射探测装置

γ辐射探测装置主要是由碘化钠探测装置、光电转换装置、信号放大器、控制单元、A/D及D/A转换单元等构成，具体工作原理如下图4所示。

图4 γ辐射探测装置工作原理结构图

3.4 自动监控系统可靠性分析

通过对核辐射自动监控系统的可靠性论述，我们已经大致的形成相关的问题框架，但是还有一个问题就是存在核辐射来源，系统能否进行有效的预警防护？根据系统的分析，对此进行假设研究。

假设存在一个γ辐射源，产生的γ射线作为基准射线，将放射源放在监控系统预测的范围之内，要做好充足的准备，不会对环境和人产生伤害。自动监控装置通过对测试点的辐射剂量率D来确定周围环境辐射的相关情况，参考公式如下所示：

式中：D100是γ辐射源放置在距离监控装置一米处触发范围的剂量率；

u是γ射线在空气中的减弱系数；

R是测试单元距离监控系统的距离；

Kd是放射源自身衰变所需的校正参数。

通过改变反射源与监控系统的距离，来观测检测的数据信号。由计算机分析软件所反馈的计量数据与实际所操纵的指标进行对比分析，如果所得数据与实际指标相差不大，则可以表明核辐射自动监控系统能够及时准确可靠的预警核辐射；相反，如果相差很大就不能达到预警目的，就有可能造成潜在的危害，因此需要从可靠性工程研究的角度对自动监控这个系统工程进行完善甚至重新布置，总之为了达到和辐射的自动监控以及预警，必须要求系统的可靠性。

4 结束语

核电建设中，与核辐射相关的问题层出不穷。核辐射对人与环境产生巨大的伤害，因此我们必须加强核辐射监控力度。本文核辐射自动监控的角度，大致论述了自动监控的可靠性，通过对系统可靠性问题以及可靠性方框模型和数学模型的推导，首先建立初步的可靠性问题的认识。之后对监控系统整体的描述，简单的表现了监控系统如何实现自动化的目的，最后再从监控系统的可靠性运行角度进行统一论证，对其性能进行评价，使监控系统能真正达到预警的目的。同时正如本文所论述的，从自动监控的角度，实时、可靠、准确地反应人们生活周围的核辐射指针。通过点点滴滴的防护，使损害达到最低，从而有效的避免核辐射危害，从而为我国大力发展核电事业做好充足的准备。

[1] 徐科军. 自动检测和仪表中的共性技术[M]. 北京： 清华大学出版社. 2000.

[2] 张野, 杨明, 朱涛江, 左钦文. UDP协议改进及其在嵌入式核辐射监测系统中的应用. 通信市场. 北京： 防化研究院第二研究所. 2009, 3.

[3] 刘伟, 姜玉伟. 核辐射预警监测系统监控软件设计研究.北京： 防化研究院第二研究所. 2008, 6.

[4] 田扬捷, 晏乃强, 李道棠. 核辐射技术在环境污染治理中的应用[J]. 上海环境科学. 2002, 9.

The automatic monitoring of nuclear fallouts'real-time and reliability research

XU Qi

TP277

A

1009-0134(2011)5(下)-0097-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).29

2011-01-07

徐琪（1988－），男，浙江宁波人，本科，研究方向计算机应用。